CN107428314A - 风挡监测*** - Google Patents

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CN107428314A CN201680014923.XA CN201680014923A CN107428314A CN 107428314 A CN107428314 A CN 107428314A CN 201680014923 A CN201680014923 A CN 201680014923A CN 107428314 A CN107428314 A CN 107428314A
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reflector
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乔纳森·帕森斯
内尔·贝洛
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Abstract

本发明涉及一种风挡监测***。该风挡监测***包括：风挡(114)和发射器(122)，该发射器(122)被布置为发射声音脉冲，以向风挡(114)的表面引起表面声波(SAW)。风挡监测***还包括：传感器(124)，该传感器(124)被布置为接收来自风挡(114)的表面声波；以及检测模块(130)，该检测模块(130)被布置为通过所接收的波的与预期波相比的强度的衰减来检测表面污染物(120)的存在。

Description

风挡监测***
技术领域
本公开内容涉及一种风挡监测***，该风挡监测***特别地但不限于在车辆中使用。本发明的方面涉及一种风挡监测***、一种风挡清洁***、一种包括该风挡清洁***的车辆、一种监测风挡的方法和一种清洁风挡的方法。
背景技术
车辆(例如，汽车等)包括支撑多个风挡的框架。风挡是涵盖前挡风玻璃、后挡风玻璃或者侧窗(其可以是多个)的本领域的术语。风挡可以包括叠层结构，或者风挡可以是单片玻璃。风挡提供多种功能，包括隔离车辆的内部环境与外部环境，同时提供两者之间的可视交流。
风挡的表面容易受到污染，这会导致可见度的降低。水基污染物是最常见的，并且是由于车辆的内部环境与外部环境之间的湿度和温度差异导致的。例如，在非常寒冷的天气里，来自乘客的呼吸和/或潮湿衣物的湿气会凝结在风挡的内表面上。在凝结物覆盖较大面积的风挡时，从可见度的角度来看这种凝结物会造成问题。造成问题的风挡污染物的另一个示例是在特别寒冷的天气里的风挡的外表面上的冰。
通常，车辆设置有加热设备，可以操作加热设备来清除这种污染物。一种这样的加热设备包括风机。
另一种加热设备可以包括加热元件，该加热元件包括嵌入到叠层玻璃中的一系列导电的平行导线。导线通过从电能到热能的能量转换来加热玻璃。作为导电的导线的替代方案，可以按类似的方式使用导电片(例如红外反射(IRR)层)，即通过向该层施加电压以产生热。这样的***可以通过乘客按下车辆的仪表板上的按钮来手动操作。然而，使用这种手动操作的***需要乘客自己监测风挡。在检测到任何的污染物时，污染物的面积很可能非常大，导致需要过多的电力来清除污染物。类似地，加热元件可能在污染物被清除之后长时间地开启，导致更多的能量浪费。
已尝试了自动检测污染物的存在。
参照图1A和图1B，一种已知的***包括风挡10，该风挡10具有安装在后视镜14的背侧(非反射侧)的组合发射器/检测器12。发射器将红外光18照射到风挡10的内表面16上。由于风挡10被定向为相对于后视镜成锐角倾斜，所以来自发射器的任何反射光20都反射离开检测器12。然而，风挡10的被光18照射的区域中的污染物22的存在使得反射分散。分散的光20a可能撞击到检测器12上。任何检测到的光都被确定为归因于表面污染物22的存在。
这样的***是不理想的，因为分散的光20a可能不会撞击到检测器12上，并且另外仅风挡10的被光照射的区域中的污染物可以被检测到。因此，这种自动加热风挡以清除污染物的尝试不是高效节能的，因为很可能在被检测到之前就发展成了大面积的污染物。另外，如果凝结物仅存在于检测器的区域内，则可能会不必要地加热整个风挡，从而导致进一步的低能效。
还已知其他形式的风挡污染物检测***。例如，已知用于检测风挡的内表面上的结露的露点检测***。这种露点检测***通过经由基于湿度和温度的计算来估计露点而工作。由于这些露点检测***是基于计算而非直接检测，所以这些露点检测***本质上不准确。因此，被使用于基于这种方式的露水检测清洁风挡的任何风挡清洁机构(例如，加热机构)可能会以不合时宜的方式被激活。不合时宜地激活清洁机构会浪费能量，因为风挡可能在没有露水存在时被加热，或者可能比所需时间晚地被激活，从而促使形成较难清除的相对大面积的露水。
本发明的目的是进一步改进现有技术。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种风挡监测***。该***可以包括风挡。该***可以包括风挡、发射器，该发射器被布置为发射声音脉冲，以在风挡的表面上引起表面声波(SAW)。该***可以包括传感器，该传感器被布置为接收来自风挡的表面声波。该***可以包括检测模块，该检测模块被布置为通过所接收的声波与预期声波相比的强度衰减来检测表面污染物的存在。
SAW可以用于检测任何不平整(例如，风挡表面的污染物)，因为通过与风挡本身的玻璃进行比较，声波更容易被这种污染物吸收。能够如此可靠地检测这种污染物提供了更有效的***，因为及早检测能够使得污染物在积累至可见度变模糊之前被去除。
风挡监测***可以包括波导，该波导将SAW从发射器跨越风挡地传播到传感器。
跨屏传播SAW意味着风挡的更多部分可以受益于这种监测***。
波导可以包括源反射器和接收反射器，该源反射器被布置为引导SAW离开发射器，并且沿着源发射器的长度将SAW跨越风挡地逐渐反射到接收反射器，该接收反射器被布置为将任何接收的波形反射到传感器，其中，源反射器和接收反射器被形成为沿着风挡的相对的边缘大致平行的细长条。
以这种方式布置的源反射器和接收反射器在检测器处提供了可靠的预期信号。具体地，以这种方式布置的源反射器和接收反射器导致检测的信号是连续信号。
风挡监测***可以包括定位模块，以通过所接收的SAW的衰减的时间对污染物的位置进行定位。
通过衰减的时间对污染物进行定位是检测污染物的简单而可靠的方法。这可以具有有益的连锁效应，因为较不复杂的检测算法就足以检测污染物。
反射器可以包括风挡表面上的表面刻蚀。
表面刻蚀在反射SAW方面是可靠的，并且这种刻蚀相对容易制造。
风挡监测***可以包括识别模块，该识别模块被布置为通过所接收的SAW的强度的衰减的特性来识别污染物的类型。
污染物的类型能够被检测(例如，在湿气与冰之间进行区分)这一点可以被使用于后阶段中，以定制为了处理这种污染物所需的加热量。结果，可以实现更高的能效。
发射器、传感器和波导可以形成主SAW***，并且其中，风挡监测***可以包括次级SAW***，其中，次级SAW***可以是主SAW***的大致正交的副本，以提供二维表面污染物检测。
二维检测提供了对污染物的更有效的清除，因为它将允许任何加热***在后阶段中进行更局部的加热。
风挡可以单独地为车辆的前挡风玻璃、后挡风玻璃或者侧窗，或者其任意组合。
根据本发明的另一方面，提供了一种风挡清洁***，其包括：前述风挡监测***；以及风挡清洁元件，以响应于检测到表面污染物的存在来清洁至少部分风挡。
响应于检测到表面污染物的存在来加热风挡，防止了污染物大面积积累起来。因此，清除污染物更快并且更节能。用于清洁风挡的更低的能耗对于电动汽车或混合动力电动汽车来说尤其重要。
风挡清洁元件可以包括加热机构。
加热机构可以包括多个加热元件，并且响应于对表面污染物的定位，可以加热与污染物的位置对应的加热元件。仅加热检测到污染物处的加热元件比加热整个风挡更节能。
每个加热元件可以是电阻加热元件。每个加热元件是彼此独立可控的。
电阻加热元件可以包括由金属材料制成的传导层。
金属层在生产中是有利的，因为可以以各种方式(例如，气相沉积)将金属层涂覆到风挡上。
风挡清洁***可以包括终止模块，该终止模块被布置为响应于风挡监测***停止检测污染物而终止加热。
与在开始之后的预定时间段内进行加热的基于时间的方法相比，响应于污染物被去除而终止加热，提供了更高的能效。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括前述风挡调节的车辆。
根据本发明的另一方面，提供了一种监测风挡的方法，其包括：
发射声音脉冲以在风挡的表面引起表面声波(SAW)；
接收来自风挡的表面声波；以及
通过所接收的表面声波的强度的衰减来检测表面污染物的存在。
所述监测风挡的方法可以包括：
沿着风挡的边缘传输SAW；
将SAW逐渐反射到风挡的相对的边缘；
将SAW反射到检测器；以及
通过SAW信号的衰减的时间坐标对表面污染物进行定位。
所述监测风挡的方法可以包括：
发射次级声音脉冲，以在风挡的表面引起次级SAW，该次级声音脉冲沿与第一SAW大致正交的方向跨越风挡地传输到检测器；以及
在二维坐标中对污染物的位置进行定位。
根据本发明的另一方面，提供了一种清洁风挡的方法，包括：
使用前述监测风挡的方法来确定表面污染物的存在；以及
响应于检测到表面污染物来加热至少部分风挡。
所述清洁风挡的方法可以包括：
将风挡划分成要被加热的分开的区域；以及
加热风挡的与表面污染物的位置对应的区域。
所述清洁风挡的方法可以包括：
响应于不再检测到污染物而终止加热。
在本申请的范围内，明确地表示的是，在前面段落中、权利要求中和/或下面的描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替代方案以及尤其其各个特征可以被独立地采用或者任意组合地采用。也就是说，所有的实施方式和/或任何实施方式中的特征可以按任何方式和/或组合来进行组合，除非这些特征不可兼容。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或者提交新的权利要求的权利，包括对任何原始提交的权利要求进行修改以从属于任何其他权利要求和/或并入任何其他权利要求的任何特征(尽管最初并非以该方式要求保护)的权利。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式来描述本发明的一个或多个实施方式，在附图中：
图1A示出了从现有技术中已知的湿气检测***；
图1B示出了与图1A相似的视图；
图2示出了根据本发明的一个方面的风挡监测***的一部分；
图3示出了图2的风挡监测***的框图；
图4示出了根据本发明的另一方面的风挡清洁***；
图5示出了使用图2的风挡监测***检测到的表面声波(SAW)；以及
图6示出了检测到表面污染物的SAW的与图5相似的视图。
具体实施方式
参照图2，车辆110包括支撑至少一个风挡114的车辆框架112。车辆110还包括风挡监测***，风挡监测***的一部分在图2中示出，而图3以框图的形式示出了更详细的版本。
术语风挡用于涵盖前挡风玻璃或挡风玻璃或者侧窗(其可以有多个)。每个风挡114由叠层玻璃制成，或者可替代地由单片玻璃制成。每个风挡由汽车框架112的各个部分支撑。风挡114提供各种功能，例如，将车辆110的外部环境与内部环境隔开。此外，风挡114允许内部环境与外部环境之间的可视性。
风挡监测***包括主表面声波(SAW)***116和次级SAW***118，下文将更详细地描述。
主SAW***116用于检测污染物120的竖向位置，而次级SAW***118用于检测污染物120的水平位置。次级SAW***是主SAW***的大致正交的副本。在组合使用主SAW***和次级SAW***时允许二维检测。
主SAW***116和次级SAW***118两者都包括发射器122、传感器124和波导。
发射器122和传感器124两者都是分别被布置为发送和接收表面声波(SAW)的换能器。换能器使用压电晶体将声能转换成电能，并且也可以将电能转换成声能。这些换能器由将两个可互锁的梳状金属涂层涂覆到压电基板(例如，石英)形成。
每个SAW***116、118中的发射器122和传感器124被设置在风挡114的与彼此相同的一侧上。在这种情况下，主SAW***116具有位于风挡114的左侧边缘上的发射器122和传感器124。次级SAW***118具有位于风挡114的下部水平边缘上的传感器124和发射器122。如将在下文中更详细地描述的，位于风挡114的同一侧上的发射器122和传感器124使得由传感器124感测的预期波形是连续的形式。
波导将SAW从相应的发射器122跨越风挡114地传播到传感器124。每个波导具有源反射器126和接收反射器128。源反射器126被形成为在风挡的与发射器122相同的一侧上的细长条。接收反射器128被与传感器124对齐地设置在风挡114的相对的边缘上。因此，源反射器和接收反射器形成为沿着风挡的相对的边缘大致平行的细长条。反射器被形成为风挡114的表面上的表面刻蚀。可以在风挡114的任一表面上设置这些表面刻蚀。如果需要检测雨或冰，则应该在风挡114的外表面上设置刻蚀。如果需要在内表面上检测污染物，则应该在风挡114的内表面上设置表面刻蚀。
源反射器126沿着风挡将SAW从发射器122引导到相对的边缘。反射器的表面刻蚀大致横向于其起始方向地引导SAW，使得SAW逐渐跨越风挡114地传播。因此，SAW的横向反射被跨越风挡114地反射到接收反射器128。如将在下文中更详细描述的，任何污染物120都会使到达接收反射器128的SAW的强度衰减。
接收反射器128也被布置为横向地朝向传感器124反射来自接收反射器126的任何接收的波形。
参照图3，风挡监测***包括发射器122和传感器124，该发射器122被布置为发射声音脉冲，以在风挡114的表面上引起表面声波(SAW)，该传感器124被布置为接收来自风挡114的SAW。风挡监测***还包括检测模块130。在风挡上没有任何污染物的情况下，预期波形将总是恒定的。因此，检测模块130通过所接收的波的与预期波形相比的强度变化来检测表面污染物的存在。特别地，通过与预期波形相比的强度衰减来表征表面污染物。
风挡监测***还包括定位模块134，该定位模块134被布置为接收来自检测模块130的输出。定位模块具有定时器功能。由检测模块130检测到的任何污染物都由定位模块基于在所接收的波形上污染物出现的时间来提供坐标。
风挡监测***还包括识别模块136。可以基于所接收的SAW的强度衰减的形状或特性来确定污染物的类型。识别模块136具有详细描述各种预期的污染物类型及其对应的衰减形状的查找表。识别模块136将所接收的信号与查找表中提供的特性进行比较，以确定风挡114上的污染物的类型。
参照图4，车辆还包括风挡清洁***140。风挡清洁***包括风挡监测***、控制模块142和加热机构144。
控制模块142被布置为使得电压通过加热机构144。与其他前述模块类似，控制模块142可以作为车载计算机***的非易失性存储器部件上的电子数据来提供。计算机***还具有处理器，该处理器被设置为在操作期间执行各种模块的电子数据。
加热机构144包括多个加热元件，这些加热元件分为两类：有源加热元件146和无源加热元件148。每个有源加热元件146都是包括传导层的电阻加热元件，该传导层由金属层制成。金属层可以是银基合金。当然，其他传导或电阻材料也能够作为传导层。这些其他材料可以包括有机材料(例如，石墨烯)。金属层被气相沉积在风挡上，以形成多个有源加热元件146。有源加热元件146通过无源加热元件148与相邻的有源加热元件分隔开。无源加热元件148由没有金属层沉积在其上的透明玻璃的区域形成。这些无涂层的区域相对较窄，以便避免风挡不清楚的局面。因此，无源加热元件148使相邻的有源加热元件146电绝缘。每个有源加热元件146都可以使得电压通过它，以特别地加热该加热元件。通过提供有源加热元件和无源加热元件，应当理解的是，风挡被划分成多个可独立控制的加热区域。
风挡清洁***还包括终止模块150。终止模块150与其他前述模块类似也可以作为电子数据来提供。终止模块150被布置为响应于风挡监测***停止检测风挡污染物而终止加热机构144的加热。
进一步参照图2，在操作中，每个发射器122将声音脉冲发射到相应的源反射器126中。源反射器126横跨风挡114地反射相应的SAW。在反射器126的长度上跨越风挡114地传播SAW。接收反射器128沿其长度逐渐地接收表面声波。响应于接收到SAW，接收反射器128将SAW横向地反射到传感器124。
参照图5，随时间显示所接收的信号的强度。在一个声音脉冲的时间周期内，可以看出强度自然地下降。这种强度下降与SAW在被逐渐跨越风挡的长度传输时行进的距离成正比。
进一步参照图2，污染物120的区域可以存在于风挡114的表面上。这种***特别地适用于检测水基污染物(例如冰、湿气和液态水)。这是因为水基污染物比风挡和周围结构更有效地从SAW吸收能量。
参照图6，由污染物120引起的强度下降可以被看作抛物线。其他形状的衰减以及较长时间周期内的衰减分别表示不同的污染物类型和覆盖区域。
参照图3，检测模块130在将预期波形与实际接收的波形进行比较之后对污染物进行检测。定位模块134根据由主SAW***和次级SAW***中的每个SAW***的相应传感器124接收的每个波形的衰减信号的时间和持续时间以二维的方式对污染物进行定位。此外，通过将信号的衰减部分与查找表进行比较，由识别模块136来确定污染物的类型，该污染物的类型由衰减的形状来表征。然后，位置和识别数据被传递到风挡清洁***140的控制模块(图4)。
参照图4，控制模块142使用污染物的位置来确定应该加热哪个有源加热元件146。通过向形成电阻加热机构144的金属层施加电压来加热指定的加热元件146。其他有源加热元件146保持不被加热。
在加热风挡的同时，风挡监测***(图3)继续监测风挡114，以监测已检测到的污染物以及任何新的污染物。一旦污染物120已被清除，终止模块150将通过先前加热的元件146的电压配置成零伏特，以终止加热。
前述***提供了大量的能效。表面声波可以及早检测污染物，由于认为SAW被水衰减从而能够被检测到。另外，对挡风玻璃进行划分并且仅加热检测到污染物的位置处的加热元件，比加热整个风挡更节能。

Claims (24)

1.一种风挡监测***，包括：
发射器，所述发射器被布置为发射声音脉冲，以在风挡的表面上引起表面声波(SAW)；
传感器，所述传感器被布置为接收来自所述风挡的SAW；以及
检测模块，所述检测模块被布置为通过所接收的波的与预期波相比的强度衰减来检测表面污染物的存在。
2.根据权利要求1所述的***，包括波导，以将所述表面声波从所述发射器跨越所述风挡地传播到所述传感器。
3.根据权利要求2所述的***，其中，所述波导包括源反射器和接收反射器，所述源反射器被布置为引导所述SAW离开所述发射器，并且沿着所述源反射器的长度将所述SAW跨越所述风挡地逐渐反射到所述接收反射器，所述接收反射器被布置为将任何接收的波形反射到所述传感器，其中，所述源反射器和所述接收反射器被形成为沿着所述风挡的相对的边缘大致平行的细长条。
4.根据权利要求3所述的***，包括定位模块，以通过所接收的SAW的衰减的时间对所述污染物的位置进行定位。
5.根据权利要求3或4所述的***，其中，所述反射器包括所述风挡的表面上的表面刻蚀。
6.根据任一前述权利要求所述的***，其中，对应的发射器和传感器被设置在所述风挡的同一侧。
7.根据任一前述权利要求所述的***，包括识别模块，所述识别模块被布置为通过所接收的表面声波的强度的衰减的特性来识别污染物的类型。
8.根据权利要求4所述的***，其中，所述发射器、所述传感器和所述波导形成主SAW***，并且其中，所述风挡监测***包括次级SAW***，其中，所述次级SAW***是所述主SAW***的大致正交的副本，以提供二维表面污染物检测。
9.根据任一前述权利要求所述的***，其中，所述风挡是车辆的前挡风玻璃或后挡风玻璃或者侧窗。
10.根据任一前述权利要求所述的***，其中，所述污染物选自湿气、液态水和冰。
11.一种风挡清洁***，包括；根据任一前述权利要求所述的风挡监测***；以及风挡清洁元件，以响应于检测到表面污染物的存在来清洁至少部分所述风挡。
12.根据权利要求11所述的风挡清洁***，其中，所述风挡清洁元件包括加热机构。
13.根据权利要求12所述的***，其中，所述风挡监测***是根据权利要求4所述的***，并且其中，所述加热机构包括多个加热元件，其中，响应于定位表面污染物，与污染物的位置对应的加热元件被加热。
14.根据权利要求13所述的风挡调节***，其中，所述加热元件是电阻加热元件。
15.根据权利要求14所述的***，其中，所述电阻加热元件包括由金属材料制成的传导层。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的***，包括终止模块，所述终止模块被布置为响应于所述风挡监测***停止检测污染物而终止加热。
17.一种车辆，包括根据权利要求11至16中任一项所述的风挡清洁***。
18.一种监测风挡的方法，包括：
发射声音脉冲，以向所述风挡的表面引起表面声波(SAW)；
接收来自所述风挡的SAW；以及
通过所接收的SAW的强度的衰减来检测表面污染物的存在。
19.根据权利要求18所述的方法，包括：
沿着所述风挡的边缘传输所述SAW，
将所述SAW逐渐反射到所述风挡的相对的边缘；
将所述SAW反射到检测器；以及
通过所述SAW信号的衰减的时间坐标对所述表面污染物进行定位。
20.根据权利要求19所述的方法，包括：
发射次级声音脉冲，以向所述风挡的表面引起次级SAW，所述次级声音脉冲沿与第一SAW大致正交的方向跨越所述风挡地传输到检测器；以及
在二维坐标中对污染物的位置进行定位。
21.一种清洁风挡的方法，包括：
使用根据权利要求18至20中任一项所述的方法来确定表面污染物的存在；以及
响应于检测到表面污染物来加热至少部分所述风挡。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，使用根据权利要求19或20所述的方法来检测污染物的位置；
清洁所述风挡的方法包括：
将所述风挡划分成要被加热的分开的区域；以及
加热所述风挡的与所述表面污染物的位置对应的区域。
23.根据权利要求21或22所述的方法，包括：
响应于不再检测到污染物而终止加热。
24.在本文中参照附图大致描述的一种风挡监测***、一种风挡清洁***、一种车辆、一种监测风挡的方法或者一种清洁风挡的方法。
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